Białka S100 to rodzina białek wiążących wapń o niskiej masie cząsteczkowej, specyficznych dla tkanek, o działaniu modulującym, które są zaangażowane w wiele procesów fizjologicznych w organizmie. Nazwa charakteryzuje zdolność związków z tej grupy do całkowitego rozpuszczania się w 100% roztworze siarczanu amonu przy neutralnych wartościach pH.
Obecnie znanych jest 25 przedstawicieli tej rodziny, którzy są charakterystyczni dla różnych tkanek. Ta cecha sugeruje, że specyficzne dla mózgu białka s100 są białkami obecnymi w komórkach mózgowych i zaangażowanymi w procesy neurofizjologiczne.
Historia odkryć
Pierwsze białko s100 zostało wyizolowane w 1965 roku z mózgów bydła przez naukowców Moore'a i Gregora. Następnie białka z tej rodziny znaleziono u ssaków, ptaków, gadów i ludzi. Początkowo sądzono, że s100 występuje tylko w tkance nerwowej, jednak wraz z rozwojem metod immunologicznych białka z tej grupy zaczęły znajdować się w innych narządach.
Ogólna charakterystyka i topografia
Białka z rodziny s100 są obecne tylko u kręgowców i ludzi. Spośród 25 białek w tej grupie 15 jest specyficznych dla mózgu, z których większość jest wytwarzana przez komórki astrogleju w OUN, ale niektóre są również obecne w neuronach.
Ustalono, że 90% całej frakcji s100 w organizmie jest rozpuszczone w cytoplazmie komórek, 0,5% jest zlokalizowane w jądrze, a 5-7% jest związane z błonami. Niewielka część białka znajduje się w przestrzeni pozakomórkowej, w tym krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym.
Białko z grupy s100 jest obecne w wielu narządach (skóra, wątroba, serce, śledziona itp.), ale w mózgu jest ich sto tysięcy razy więcej. Najwyższe stężenie obserwuje się w móżdżku. Białko s100 jest również aktywnie wytwarzane w melanocytach (komórkach nowotworowych skóry). Doprowadziło to do zastosowania tego związku jako markera tkankowego pochodzenia ektodermalnego.
Białka s100 są chemicznie dimerami o masie cząsteczkowej 10-12 d altonów. Białka te są kwaśne, ponieważ zawierają dużą ilość (do 30%) reszt aminokwasów glutaminowych i asparaginowych. Skład cząsteczek s100 nie zawiera fosforanów, węglowodanów i lipidów. Białka te wytrzymują temperatury do 60 stopni.
Struktura i konformacja przestrzenna
Struktura wszystkich członków rodziny s100 to białka globularne. W skład jednej dimerycznej cząsteczki wchodzą 2 polipeptydy (alfa i beta), połączone ze sobą wiązaniami niekowalencyjnymi.
Większość członków rodziny to homodimery utworzone przez dwie identyczne podjednostki, ale są też heterodimery. Każdy polipeptyd w cząsteczce s100 ma motyw wiążący wapń zwany ręką EF. Jest zbudowany zgodnie z typem spirala-pętla-spirala.
Białko s100 zawiera 4 segmenty α-helikalne, centralny region zawiasowy o zmiennej długości oraz dwie końcowe domeny zmienne (N i C).
Cechy akcji
Białka S100 same w sobie nie mają aktywności enzymatycznej. Ich funkcjonowanie opiera się na wiązaniu jonów wapnia, które biorą udział w wielu procesach międzykomórkowych i wewnątrzkomórkowych, w tym sygnalizacji. Dodanie Ca2+ do cząsteczki s100 prowadzi do jej przestrzennej rearanżacji i otwarcia centrum wiązania białka docelowego, przez co oddziaływanie z inne białka.
Tak więc s100 nie należą do białek, których głównym zadaniem jest regulowanie stężenia Ca2+. Białka z tej grupy to konwertujące sygnały, zależne od wapnia, biologicznie aktywne modulatory, które wpływają na procesy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe poprzez wiązanie z białkami docelowymi. Neuroprzekaźniki mogą również działać jako te ostatnie, co jest przyczyną wpływu s100 na przekazywanie impulsów nerwowych.
Obecnie ujawniono, że jony cynku i/lub miedzi działają jako regulatory dla niektórych s100 zamiast Ca2+. Dodanie tego ostatniego może zarówno bezpośrednio wpływać na aktywność białka, jak i zmieniać jego powinowactwo do wapnia.
Funkcje
Pełny obraz biologicznej roli białek s100 specyficznych dla mózgu w organizmie jeszcze nie istnieje. Niemniej jednak ujawniono udział białek z tej grupy w następujących procesach:
- regulacja reakcji metabolicznych tkanki nerwowej;
- Replikacja DNA;
- ekspresja informacji genetycznej;
- proliferacja komórek glejowych;
- ochrona przed oksydacyjnym (związanym z tlenem) uszkodzeniem komórek;
- różnicowanie niedojrzałych neuronów;
- śmierć neuronów poprzez apoptozę;
- dynamika cytoszkieletu;
- fosforylacja i sekrecja;
- transmisja impulsu nerwowego;
- regulacja cyklu komórkowego.
W zależności od gatunku i lokalizacji, specyficzne dla mózgu białka s100 mogą mieć zarówno działanie wewnątrzkomórkowe, jak i zewnątrzkomórkowe. Działanie niektórych białek jest zależne od stężenia. Tak więc dobrze znane białko s100B w normalnej zawartości wykazuje aktywność neurotroficzną, a przy podwyższonym poziomie – neurotoksyczne.
Zewnątrzkomórkowe białka s100 specyficzne dla mózgu mogą brać udział w odpowiedziach zapalnych, regulować różnicowanie komórek glejowych i neuronalnych oraz wyzwalać apoptozę (zaprogramowaną śmierć komórki). Znaczenie s100 zostało udowodnione w eksperymencie in vitro, w którym neurony nie przeżyły bez obecnościto białko.
Wartość diagnostyczna s100
Wartość diagnostyczna s100 opiera się na związku jego stężenia w surowicy krwi (lub płynie mózgowo-rdzeniowym) z patologiami OUN i chorobami onkologicznymi. Ustalono, że gdy komórki glejowe są uszkodzone, białko to przedostaje się do przestrzeni pozakomórkowej, skąd dostaje się do płynu mózgowo-rdzeniowego, a następnie do krwi. Tak więc na podstawie wzrostu stężenia s100 w surowicy można wyciągnąć wniosek o wielu patologiach mózgu. Potwierdzono eksperymentalnie związek między zawartością tego białka we krwi a chorobami ośrodkowego układu nerwowego.
Do zwiększenia stężenia s100 w płynach pozakomórkowych prowadzimy nie tylko ze względu na zniszczenie barier komórkowych, które syntetyzują to komórki białkowe. Pierwszą odpowiedzią na wiele patologii mózgu jest tak zwana odpowiedź glejowa, której częścią jest wzrost intensywności wydzielania s100 przez astrocyty. Wzrost zawartości tego białka we krwi może również wskazywać na naruszenie bariery krew-mózg.
Monitorowanie poziomu s100 pozwala ocenić stopień uszkodzenia mózgu, co ma ogromne znaczenie w rokowaniu medycznym. Diagnostyczna zależność między ilością tego białka a neuropatologią przypomina korelację stężenia białka c-reaktywnego z zapaleniem ogólnoustrojowym.
Użyj jako markera nowotworowego
Białko s100 zaczęło być używane jako marker nowotworowy we wczesnych latach 80-tych. Obecnie metoda ta jest skuteczna we wczesnym wykrywaniu raka, wznowy lub przerzutów. Najczęściej s100 jest używany wdiagnozowanie czerniaka lub nerwiaka niedojrzałego.
Konieczne jest rozróżnienie, kiedy to białko jest analizowane w celu wykrycia patologii OUN lub innych chorób, a kiedy jest używane do wykrywania raka. Jeśli orientacja dotyczy konkretnie oncomarkera, dekodowanie białka s100 powinno uwzględniać również inne możliwe przyczyny wzrostu stężenia substancji testowej we krwi. Interpretując wyniki należy zwrócić uwagę na metodę analizy, ponieważ od niej zależą granice przedziału odniesienia (wskaźniki normalne).
Główną wadą markera s100 jest jego niska selektywność, ponieważ wzrost stężenia tego białka we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym może wiązać się z wieloma patologiami, niekoniecznie o charakterze nowotworowym. Dlatego białko s100 nie może mieć decydującej wartości diagnostycznej. Niemniej jednak białko to sprawdziło się jako towarzyszący marker raka.
Poziom obecności w surowicy krwi
Normalnie białko s100 powinno być obecne w surowicy w ilości mniejszej niż 0,105 µg/l. Ta wartość odpowiada górnej granicy stężenia u zdrowej osoby. Przekroczenie dopuszczalnego poziomu (DL) s100 może oznaczać:
- CP;
- uraz mózgu;
- rozwój czerniaka złośliwego (lub jego nawrót);
- ciąża;
- neuroblastoma;
- zapalenie skórno-mięśniowe;
- pokrywanie dużych obszarów oparzeń.
Poziom białka może również wzrosnąć wraz ze stresem lub przedłużoną ekspozycjąciało w strefie ultrafioletowej. Stężenie we krwi określa się za pomocą odpowiedniej analizy.
Wykrycie w ciele
Istnieje kilka sposobów na wykrycie obecności s100 w surowicy, w tym:
- test immunoradiometryczny (IRMA);
- spektroskopia mas;
- western blot;
- ELISA (test immunoenzymatyczny);
- elektrochemiluminescencja;
- ilościowy PCR.
Wszystkie te metody analityczne są bardzo czułe i pozwalają na bardzo dokładne określenie ilościowej zawartości s100. Ponieważ białko to ma krótki okres półtrwania (30 minut), wysokie stężenia w surowicy są możliwe tylko przy stałej dostawie z chorych tkanek.
W diagnostyce klinicznej najczęściej stosuje się zautomatyzowany elektrochemiluminescencyjny test immunologiczny dla białka s100. Badanie łączy użycie przeciwciał przeciwko wykrywalnemu białku ze znakowaniem światłem. Urządzenie określa stężenie s100 na podstawie natężenia promieniowania chemiluminescencyjnego.
Przeciwciała przeciwko białku s100
W medycynie przeciwciała przeciwko białku s100 mają 2 obszary praktycznego zastosowania:
- diagnostic - stosowany w metodach immunologicznych do wykrywania stężenia tego białka w surowicy lub płynie mózgowo-rdzeniowym (w tym przypadku s100 jest antygenem);
- terapeutyczne - wprowadzenie przeciwciał do organizmu ma zastosowanie w leczeniu niektórych chorób.
Przeciwciała wywierają swoje działanie poprzez modulacjęwpływ na białka s100. Dobrze znanym lekiem na tej podstawie jest Tenoten. Przeciwciała do s100 mają korzystny wpływ na układ nerwowy, poprawiają przekazywanie impulsów. Ponadto takie leki są w stanie zatrzymać objawowe objawy zaburzeń funkcji autonomicznej w układzie pokarmowym.
